A- The Movie Camera

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Optics:
Lenses & Filters

L'objectif permet à l'image de se former sur la pellicule derrière la fenêtre (film gate), il permet aussi de régler la quantité de lumière arrivant sur la pellicule.

Nous allons rappeler quelques notions d'optique, ce sont les mêmes en photo et en vidéo:

Un objectif donne d'un objet, une image réelle inversée que l'on peut recueillir sur un écran (dans notre cas la pellicule)
On peut donc considérer qu'un objectif agit globalement comme une lentille convergente.
Si nous considérons une lentille convergente idéale, les rayons parallèles issus d'un objet situé sur l'axe optique à l'infini convergent en un point qu'on appelle le foyer. Il y a également au centre de la lentille, un point appelé centre optique, par lequel les rayons ne sont pas déviés.

La distance focale (focal length)

La distance focale c'est la distance entre le centre optique et le foyer.
Cette distance s'exprime en millimètres. C'est un paramètre important qui caractérise l'objectif, c'est pourquoi on appelle souvent focale l'objectif lui-même. La distance focale définit l'angle de champ de l'objectif, elle a aussi une incidence sur le grossissement de l'image et sur les perspectives.

Quand la focale augmente, l'angle de champ diminue, l'image semble rapprochée car elle est grossie, les perspectives sont écrasées: c'est un téléobjectif, ou longue focale.

Quand la focale diminue, l'angle de champ augmente, l'image semble éloignée car elle est réduite, les perspectives sont fuyantes: c'est un grand-angulaire, ou courte focale.

Il existe des procédés optiques qui permettent de faire varier la focale d'un objectif, ce sont les objectifs à focale variable ou zoom.

Ci-contre un objectif à focale variable très usuel: le Zoom Angénieux pour le format 16mm, variation de focale de 12 à 120 mm.

Notons qu'un zoom, qui comporte souvent un grand nombre de lentilles, est toujours de moins bonne qualité qu'une focale fixe (prime lens) à soin de fabrication égal.

Le choix d'une focale, ainsi que la place de la caméra ont une incidence très forte sur l'aspect créatif de la réalisation d'un film.

La mise en image doit donc créer des besoins de focales variées. En fait, les besoins de très loin les plus fréquents, sont couverts par une gamme de focales usuelles qu'on appelle une "série d'optique".

Une série très utilisée, la série Cooke S4, comprend les focales suivantes:

18mm, 25mm, 32mm, 40mm, 50mm, 75mm, 100mm.

Cette série couvre les focales moyennes, ainsi qu'un grand angle raisonnable, et jusqu'à un léger Télé.

L'ouverture maximale (Speed) de chaque focale de cette série est de T=2.0
T correspond à l'ouverture photométique ou Transmission, appelée aussi Diaph Transmission ou T-Stop

En fait, ce genre de série, correspond plus ou moins à l'échelle des plans qui sont réalisés avec les comédiens dans les scènes de fiction.

Leur utilisation judicieuse permet de respecter la vraisemblance de l'espace, de jouer sur les centres d'intérêt: il y a des règles pour cela, qui bien qu'académiques sont très importantes. Une bonne maîtrise de ces règles est fortement conseillée pour pouvoir se permettre leur transgression.

Une autre série très utilisée,
la série Zeiss Super Speed (série grandes ouvertures ou GO), comprend les focales suivantes:

18mm, 25mm, 35mm, 50mm, 65mm, 85mm.

La luminosité de chaque focale de cette série est de T=1.3, ce qui représente une grande ouverture (Hight Speed)

La mise au point (focusing)

Quand le sujet est à l'infini, son image se forme dans le plan qui passe par le foyer: le plan focal. Quand le sujet se trouve à une distance donnée, les lois de l'optique nous montrent que l'image se forme dans un plan plus éloigné du centre optique. Pour que l'image soit nette (on focus), il faut qu'elle se forme sur la pellicule: le plan film, il faut donc augmenter la distance de l'objectif au plan film . Cette distance (tirage) se règle en général par un système à bague vissante: la bague de distance (ou bague de mise au point). Les distances y sont graduées en mètres ou en pieds.

Pour effectuer la mise au point, il faut afficher la distance sujet/caméra sur la bague de distance. On mesure cette distance avec un décamètre à partir du plan film (symbole ci-joint).
Il y a toujours un dispositif pour accrocher le décamètre au niveau du plan film.

Encore faut-il que la bague de distance soit bien calée, c'est l'objet d'un essai de l'objectif: le calage de la bague.

On peut aussi régler la netteté à l'oeil quand il y a peu de profondeur de champ, par exemple avec des longues focales, ou un zoom en position télé.
Là aussi il faut que le dépoli (ground glass) soit lui-même calé par rapport au plan-film, ce qui peut se vérifier par un essai de calage du dépoli et de conformité de la visée (viewfinder).

L'ouverture (diaphragme) (aperture?)

Selon la sensibilité de la pellicule, la quantité de lumière qui éclaire le sujet et l'effet recherché il faut qu'une certaine quantité de lumière arrive sur la pellicule. Bien souvent la quantité de lumière sur le plateau nous est imposée (en extérieur par exemple), alors qu'en studio on peut beaucoup plus la maîtriser.
Il nous faut donc un dispositif qui permette d'ajuster la quantité de lumière qui passe par l'objectif: c'est une sorte d'iris qu'on appelle le diaphragme ou "diaph". ( Le terme anglo-saxon est "stop").

L'ouverture d'un objectif est caractérisée par un nombre d'ouverture N=Distance focale/Diamètre de l'ouverture de l'iris.

Si le diamètre de l'ouverture est égal à la distance focale on a: N=1.

C'est une très grande ouverture.

Les nombres d'ouverture sont normalisés, ils correspondent à des rapports de x2 des quantités de lumière transmises. Comme la quantité de lumière transmise dépend de la surface de l'ouverture, un rapport de x2 des surfaces correspond à un rapport de "racine de 2" (=1,414) du diamètre de l'ouverture.
C'est pourquoi les nombres d'ouverture normalisés sont les suivants:

1 ; 1,4 ; 2 ; 2,8 ; 4 ; 5,6 ; 8 ; 11 ; 16 ; 22 ; 32 ; ...

La construction de lentilles permettant des grandes ouvertures est très délicate et sur de nombreux objectifs la plus grande ouverture est de moins bonne qualité.

Par contre pour des nombres d'ouverture élevés (au delà de 11~16), quelque soit l'objectif, la qualité est altérée par un phénomène d'optique physique: la diffraction.

Il y a donc une gamme d'ouvertures qui correspond au meilleur rendement de l'objectif. Il faut procéder à des essais, les essais de définition qui se font en même temps que les essais de calage

F-Stop, T-Stop

Les nombres d'ouverture tels que nous venons de les définir, correspondent à des carctéristiques géométriques de l'objectif: rapport de la Distance focale/Diamètre de l'ouverture de l'iris.

Or le but du réglage de l'ouverture est de maitriser la quantité de lumière arrivant sur la pellicule.

Dans le cas d'un objectif réel, il faut donc aussi tenir compte de l'absorption de la lumière par les lentilles qui ne sont jamais idéalement transparentes (les lentilles agissent comme un filtre et ont donc un coefficient de transmission)

Il faudra donc distinguer deux types de nombres d'ouverture: l'ouverture géométrique (F-Stop): valeur théorique idéale pour un objectif parfaitement transparent, et qui sera la valeur influant sur la profondeur de champ, et d'autre part l'ouverture photométrique ou diaph transmission (T-Stop), qui permettra le réglage effectif de l'exposition.
L'ouverture T-Stop, s'évalue expérimentalement et est bien sûr moins "ouverte" que l'ouverture géométrique.

La plus grande valeur de l'ouverture est limitée par le diamètre du tube portant les lentilles: la plus grande ouverture d'un objectif s'appelle la luminosité de l'objectif. C'est aussi une caractéristique importante d'un objectif. Elle s'exprime en transmission (T-Stop)

Pour maîtriser la quantité de lumière qui passe par l'objectif on utilise des instruments de mesure à cellule photoélectrique: les cellules. Ce sont en fait des lux-mètres dont la graduation peut être adaptée au besoin du cinéma: nombres guides, calculateur, ou affichage direct en diaph.

La profondeur de champ (depth of field)

C'est la zone comprise entre la distance minimale de netteté et la distance maximum de netteté, et dans laquelle le sujet sera toujours net.

La profondeur de champ dépend de la focale et de l'ouverture.

Quand l'ouverture diminue (=on ferme le "diaph", =il y a moins de lumière qui entre, =le nombre d'ouverture augmente) cela entraîne une augmentation de la profondeur de champ.

Quand la focale augmente, la profondeur de champ diminue.

Nous vous proposons un calculateur de profondeur de champ:

La notion de netteté est définie par le cercle de confusion.
Pour ce calculateur, nous l'estimons à 25 microns pour le 35mm et à 15 microns pour le 16mm.
La distance hyperfocale (pour une focale et une ouverture donnée) correspond à la distance affichée sur la bague, qui donne une profondeur de champ qui va de la moitié de la distance hyperfocale à l'infini.

Les objectifs anamorphiques

Ils sont utilisés pour le format scope

Les filtres (Filters)

Pour la prise de vue couleur le filtre fondamental est le filtre de conversion de couleur: filtre 85. Il permet de tourner avec la lumière du jour (6000°K) en utilisant une pellicule équilibrée pour la température de couleur des studios (3200°K), lumière artificielle ou "artif".
Le filtre "convertit" la lumière du jour de 6000°K en une lumière à 3200°K. Il est de couleur orangée.

Il existe des filtres qui diminue la quantité de lumière transmise sans en modifier la qualité en température de couleur, ce sont les filtres de densité neutre. Ils sont gris, on les appelle aussi gris neutre. Ils sont très utiles avec la lumière du jour, car souvent le diaph demandé par une pellicule de sensibilité moyenne peut alors dépasser les 16.

Les filtre de densité neutre sont calibrés pour qu'il permettent des diminutions de la lumière transmise dans des rapports de x2 (comme des diaphs) Nous verrons plus loin que cela correspond à une densité de 3. Les filtres sont donc proposés par série de densité neutre ND3, ND6, ND9 (neutral density). Comme ils sont très utiles avec la lumière du jour, ils sont combinés avec le filtre 85, c'est la série 85: 85 ; 85N3 ; 85N6; 85N9.

Il existe bien d'autres filtres d'usages variés: diffuseurs, trames, dégradés, pour effets colorés et autres (prismes, étoiles, etc...).

Il y a aussi des filtres colorés pour le Noir et Blanc: ils ont une importance considérable pour le rendu des gris, ils "corrigent et sur-corrigent le contraste" (filtres jaune, orangé, rouge).
D'une façon générale, un filtre pour le noir et blanc éclaircit sa couleur. Ex: le filtre vert donne des sous-bois très lumineux en noir et blanc.

Chaque filtre absorbe de la lumière, il faut donc pour garder la même exposition ouvrir le diaph d'une valeur caractéristique de chaque filtre (coefficient du filtre).
Le filtre 85 absorbe 2/3 de diaph. Pour avoir une lecture directe sur une cellule, il suffit dans ce cas de diminuer la sensibilité apparente.

A titre d'exercice, quelles sont les corrections en diaph pour les filtres: 85N3, 85N6 et 85N9? Si vous voulez, vous pouvez nous envoyer la réponse par !!!